KR20190141432A - Method of calculationg soot amount trapped in gasoline particulate filter after regeration and method and system of regenerating gasoline particulate filter using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 산소량을 기반으로 가솔린 여과 필터에서 연소된 수트량을 예측하고, 상기 연소된 수트량으로부터 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하며, 상기 잔존 수트량을 이용하여 가솔린 여과 필터의 재생을 제어하는 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating the residual amount of soot remaining in a gasoline filtration filter, and a method and system for regenerating a gasoline filtration filter using the same, and specifically, combustion in a gasoline filtration filter based on the amount of oxygen at the front and rear ends of the gasoline filtration filter. Predicts the amount of soot remaining, calculates the amount of soot remaining in the gasoline filtration filter from the amount of burned soot, and uses the remaining amount of soot in the gasoline filtration filter to control the regeneration of the gasoline filtration filter. And a method and system for regenerating a gasoline filtration filter using the same.
일반적으로 내연기관에서 연비 및 성능을 개선하기 위해서는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI) 기술이 개발되고 있다. 이러한 가솔린 직접 분사가 적용된 엔진은 연료를 흡기관 내부로 분사하지 않고, 연소실로 직접 분사하는 가솔린 엔진에서의 분사 방식을 말한다.In general, gasoline direct injection (GDI) technology is being developed to improve fuel efficiency and performance in internal combustion engines. The engine to which gasoline direct injection is applied refers to an injection method in a gasoline engine that directly injects fuel into a combustion chamber without injecting fuel into an intake pipe.
이는 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하므로 희박한 공연비에서도 엔진 작동이 가능한데, 가솔린 직접 분사 기술 개발로 인하여 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가에 따라 입자상 물질(Particulate Matters: PM) 발생이 문제되고 있다.This increases the air-fuel ratio around the spark plug, so that the engine can be operated even at a thin air-fuel ratio. Due to the development of gasoline direct injection technology, the generation of particulate matter (PM) is increasing due to the increase of the incomplete combustion section in the combustion chamber.
특히, 최근에 입자상 물질은 인체에 큰 해를 미치며, 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고 있다.In particular, recently, particulate matter has caused great harm to the human body, and has been reported in various media as the most important main cause of air pollution.
이러한 입자상 물질을 줄이는 수단으로 가솔린 자동차의 배기계에 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)를 장착하고 있다. As a means of reducing such particulate matter, a gasoline filtration filter (GPF) is installed in an exhaust system of a gasoline vehicle.
엔진에서 배출된 배기가스가 가솔린 여과 필터를 지나갈 때, 배기가스 내의 입자상 물질이 가솔린 여과 필터에 포집된다. 그런데, 가솔린 여과 필터에 포집된 입자상 물질의 양이 증가하면, 배압이 증가하게 되어 엔진 성능이 저하되게 된다.When the exhaust gas discharged from the engine passes through the gasoline filtration filter, particulate matter in the exhaust gas is collected in the gasoline filtration filter. By the way, when the amount of particulate matter collected in the gasoline filtration filter increases, the back pressure increases and the engine performance decreases.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 가솔린 여과 필터 내에 포집된 입자상 물질은 주기적으로 제거해야 하며, 입자상 물질을 제거하기 위해 널리 사용되는 방법은 입자상 물질을 태우는 것이다. 이를 "재생"이라고 한다. 즉, 가솔린 여과 필터 내에 포집된 입자상 물질(즉, 수트)의 양이 일정 수준 이상이 되면, 배기 가스의 온도를 발화 온도 이상으로 상승시켜 수트를 태워 제거하게 된다.To solve this problem, particulate matter trapped in the gasoline filtration filter should be periodically removed, and a widely used method for removing particulate matter is to burn particulate matter. This is called "playback". That is, when the amount of particulate matter (ie, the soot) trapped in the gasoline filtration filter is above a certain level, the temperature of the exhaust gas is raised above the ignition temperature to burn off the soot.
이 때, 가솔린 여과 필터에 포집된 수트 량이 너무 많으면, 재생 시 가솔린 여과 필터의 온도가 과도하게 상승하여 가솔린 여과 필터가 파손될 위험이 있다. 따라서 수트의 재생을 제어 하기 위해서 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 량을 정확히 예측할 필요가 있고, 이를 위하여 재생 시 연소되는 수트 량을 정확히 예측할 필요가 있다.At this time, if the amount of soot trapped in the gasoline filtration filter is too large, there is a risk that the temperature of the gasoline filtration filter rises excessively during regeneration and the gasoline filtration filter is broken. Therefore, in order to control the regeneration of the soot, it is necessary to accurately estimate the amount of soot remaining in the gasoline filtration filter, and for this purpose, it is necessary to accurately predict the amount of soot burned during regeneration.
재생 시 연소되는 수트 량을 예측하는 종래의 방법은 GPF의 온도, GPF에 공급되는 산소량, GPF에 흘러가는 배기가스의 유량에 따른 수트 연소 량을 맵 데이터에 저장하고, 현재의 GPF 온도, 현재 공급되는 산소량, 현재 배기가스의 유량을 맵 데이터에 입력하여 재생 시 연소되는 수트 량을 예측하고 있다.The conventional method of estimating the amount of soot burned during regeneration stores the soot combustion amount according to the temperature of the GPF, the amount of oxygen supplied to the GPF, and the flow rate of the exhaust gas flowing into the GPF, and stores the current GPF temperature and current supply. The amount of oxygen to be used and the flow rate of the current exhaust gas are input to the map data to predict the amount of soot to be burned during regeneration.
그러나 가솔린 여과 필터의 실제 수트 연소 량은 재(ash)가 많이 포집된 경우, 온도 센서 값이 부정확한 경우, 수트가 극단적으로 가솔린 여과 필터의 가장 자리에 몰려 있는 등 불균등하게 포집된 경우 등 다양한 경우에 영향을 받는 바, 수트 연소 량 예측 방법의 보완이 필요하다.However, the actual amount of soot burning of a gasoline filtration filter may vary in various cases, such as when ash is collected a lot, when the temperature sensor value is incorrect, or when the soot is extremely unevenly collected at the edge of the gasoline filter. Affected by, there is a need to supplement the method for predicting soot burnout.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)의 전단과 후단에 각각 산소 센서를 장착하여 재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여가 필터의 재생 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been invented to solve the above problems, it is equipped with an oxygen sensor at the front and rear end of the gasoline filtration filter (Gasoline Particulate Filter: GPF) to calculate the remaining amount of the soot remaining in the gasoline filtration filter after regeneration. It is an object of the present invention to provide a method and system for regenerating a gasoline leisure filter using the same.
본 발명의 일 실시 예에 따른 재생 후 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 배기 가스가 가솔린 여과 필터를 지나가며 감소된 산소량을 계산하는 단계; 상기 감소된 산소량과 가솔린 여과 필터의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하는 단계; 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하는 단계; 그리고 이전 재생 후 수트 포집량과 수트 연소 량을 기초로 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of calculating a residual amount of soot remaining in a gasoline filtration filter (GPF) after regeneration may include calculating an amount of oxygen reduced as the exhaust gas passes through a gasoline filtration filter; Calculating the amount of oxygen used for soot combustion during regeneration according to the reduced amount of oxygen and the oxygen storage capacity of the gasoline filtration filter; Calculating a soot combustion amount based on the amount of oxygen used for the soot combustion; And calculating the remaining amount of soot remaining in the gasoline filtration filter based on the amount of soot collected and the amount of soot burned after the previous regeneration.
재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 연료 컷 상태에서 수행될 수 있다.The method of calculating the soot residual amount remaining in the gasoline filtration filter after regeneration may be performed in the fuel cut state.
재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 연료 컷 상태에서 가솔린 여과 필터 전단의 배기가스에 포함된 산소의 량이 설정 량 이상인 경우 수행될 수 있다.The method for calculating the soot residual amount remaining in the gasoline filtration filter after the regeneration may be performed when the amount of oxygen contained in the exhaust gas in front of the gasoline filtration filter in the fuel cut state is more than the set amount.
상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단에는 각각 제1, 2 산소센서가 장착되어 있고, 상기 제1, 2 산소센서의 측정 값을 기초로 배기 가스가 가솔린 여과 필터를 지나가며 감소된 산소량을 계산할 수 있다.First and second oxygen sensors are installed at the front and rear ends of the gasoline filtration filter, respectively, and the amount of oxygen reduced as the exhaust gas passes through the gasoline filtration filter can be calculated based on the measured values of the first and second oxygen sensors. .
상기 가솔린 여과 필터의 산소 저장 능력은 가솔린 여과 필터에 포함된 산소 저장 물질의 양에 따라 결정될 수 있다.The oxygen storage capacity of the gasoline filtration filter may be determined according to the amount of oxygen storage material included in the gasoline filtration filter.
상기 가솔린 여과 필터의 산소 저장 물질은 세륨 일 수 있다.The oxygen storage material of the gasoline filtration filter may be cerium.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터의 재생 방법은 이전 재생 시 수트 잔존량을 계산하는 단계; 이전 재생 후 가솔린 여과 필터 내에 포집되는 수트 포집량을 축적하는 단계; 상기 수트 잔존량과 상기 수트 포집량을 기초로 가솔린 여과 필터 내의 수트량을 계산하는 단계; 그리고 상기 가솔린 여과 필터 내의 수트량이 설정 량 이상이 되면 가솔린 여과 필터를 재생하는 단계;를 포함할 수 있다.Regeneration method of the gasoline filtration filter according to another embodiment of the present invention comprises the steps of calculating the remaining amount of the soot during the previous regeneration; Accumulating the amount of soot trapped in the gasoline filtration filter after previous regeneration; Calculating a soot amount in the gasoline filtration filter based on the soot remaining amount and the soot trapping amount; And regenerating the gasoline filtration filter when the soot amount in the gasoline filtration filter is equal to or greater than a set amount.
상기 이전 재생 시 수트 잔존량을 계산하는 단계는 배기 가스가 가솔린 여과 필터를 지나가며 감소된 산소량을 계산하는 단계; 상기 감소된 산소량과 가솔린 여과 필터의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하는 단계; 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하는 단계; 그리고 이전 재생 후 수트 포집량과 수트 연소량을 기초로 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;를 통해 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of calculating the soot remaining amount in the previous regeneration may include calculating a reduced amount of oxygen as the exhaust gas passes through the gasoline filtration filter; Calculating the amount of oxygen used for soot combustion during regeneration according to the reduced amount of oxygen and the oxygen storage capacity of the gasoline filtration filter; Calculating a soot combustion amount based on the amount of oxygen used for the soot combustion; And calculating the remaining amount of soot remaining in the gasoline filtration filter based on the amount of soot collected and the amount of soot burned after the previous regeneration.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가솔린 여과 필터의 재생 시스템은 연료와 공기의 혼합기를 연소시켜 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진; 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기가스의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시켜주는 삼원 촉매(Three Way Catalyst: TWC); 상기 삼원 촉매의 후단 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF); 상기 GPF의 전단 및 후단의 배기파이프에 각각 장착되어 있으며, 상기 GPF의 전단 및 후단에 유입되는 배기가스의 산소 농도를 측정하는 제1 및 제2 산소센서; 상기 GPF 를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기; 및According to another embodiment of the present invention, a gasoline filtration filter regeneration system includes an engine configured to produce power by burning a mixture of fuel and air, and to discharge exhaust gas generated in the combustion process to the outside through an exhaust pipe; A three way catalyst (TWC) mounted on the exhaust pipe to reduce carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides of the exhaust gas; A gasoline filtration filter (GPF) mounted at the rear end of the three-way catalyst and collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the engine; First and second oxygen sensors mounted on exhaust pipes at the front and rear ends of the GPF and measuring oxygen concentrations of the exhaust gas flowing into the front and rear ends of the GPF; A data detector for detecting vehicle state data for controlling the GPF; And
상기 차량 운행 데이터를 기반으로 연료 차단 상태인지 판단하고, 상기 제1 및 제2 산소 센서의 측정 값을 이용하여 GPF 에 잔존하는 수트 재생 후 수트 잔존량을 계산하고, 수트 재생 후 수트 잔존량과 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 수트량을 계산하며, 상기 GPF 내의 수트량이 설정량 이상이 되면 GPF 를 재생시키도록 하는 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는 상기 본 발명의 실시예에 따라 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산할 수 있다.It is determined whether the fuel is cut off based on the vehicle driving data, and the remaining amount of the soot after the regeneration of the remaining soot in the GPF is calculated using the measured values of the first and second oxygen sensors. And calculating a soot amount in the GPF based on the soot collecting amount collected in the GPF, and regenerating the GPF when the soot amount in the GPF is equal to or greater than a set amount. The remaining amount of the soot remaining in the GPF after regeneration can be calculated.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 산소 센서 시그널을 기반으로 하여 수트 연소 량을 간접적으로 계산할 수 있고, 이를 통해 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하여 수트 재생을 제어하는 바, 가솔린 여과 필터의 파손을 막을 수 있다.As described above, according to the present invention, the soot combustion amount may be indirectly calculated based on oxygen sensor signals at the front and rear ends of the gasoline filtration filter, and through this, the remaining soot remaining in the gasoline filtration filter may be calculated to regenerate the soot. As a result, the breakage of the gasoline filtration filter can be prevented.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터의 재생 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수트 재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터 내에 있는 수트 재생을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a schematic diagram showing a regeneration system of a gasoline filtration filter according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of calculating the amount of soot remaining in a gasoline filtration filter after soot regeneration according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of controlling soot regeneration in a gasoline filtration filter according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and description will be described in detail the operating principle of the exhaust gas after-treatment system and its control method according to an embodiment of the present invention. However, the drawings shown below and the following detailed description relate to one preferred embodiment of various embodiments for effectively explaining the features of the present invention. Therefore, embodiments of the present invention should not be limited only to the following drawings and description.
또한, 하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, in the following description of the embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, and may vary according to a user's or operator's intention or custom. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.In addition, the following embodiments will be used to appropriately modify, integrate, or separate terms, such that those skilled in the art to which the present invention pertains may clearly understand the technical features of the present invention. The present invention is by no means limited thereto.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터 내의 수트 재생 시스템을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a soot regeneration system in a gasoline filtration filter according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 가솔린 여과 필터의 수트 재생 시스템은 엔진(100), 배기 파이프(110), 삼원 촉매(120), 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter; GPF)(130), 제1 산소 센서(140), 제2 산소 센서(145), 데이터 검출기(160) 및 제어기(170)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the soot regeneration system of a gasoline filtration filter includes an
엔진(100)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 즉, 엔진(100)은 흡기 매니폴드(103)에 연결되어 연소실(105) 내부로 공기를 유입받으며, 연소실(105)에는 인젝터(109)가 장착되어 연소실(105) 내부로 분사한다. 여기서는 가솔린 직접 분사 엔진을 예시하나, 이에 한정되지 아니한다. 즉, 엔진(100)은 흡기 매니폴드(103)로부터 혼합기를 공급 받을 수 있다. The
엔진(100)은 배기 매니폴드(107)에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(107)에 모인 후 차량의 외부로 배출된다. 이러한 배기가스에는 입자상 물질(Particulate Matter: PM)이 포함되어 있으며, 입자상 물질은 수트, 유기성용해물질 및 가본입자 등을 포함하고 있다.The
배기 파이프(110)는 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기 파이프(110) 상에는 삼원 촉매(120) 및 GPF(130)가 장착되어 배기가스 내에 포함된 유해 물질 및 입자상 물질을 제거한다.The
삼원 촉매(120)는 배기 파이프(110)에 배치되어 배기가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOX)과 반응하여 이들 화합물을 CO2, H20, N2등으로 변환시켜 주는 촉매이다. 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계가 이용된다. The three-
GPF(130)는 배기 파이프(110) 상에 배치되며, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 걸러주기 위한 필터이다.The GPF 130 is disposed on the
입자상 물질의 대부분을 차지하는 것은 수트라고 불리는 탄화수소인데, 이러한 수트는 연료가 제대로 연소되지 않을 때 발생하는 것이다. 이에 GPF(130)는 촉매 필터를 이용하여 수트를 포함한 입자상 물질을 포집한다.The majority of particulate matter is a hydrocarbon called soot, which occurs when fuel is not burning properly. The
GPF(130)는 엔진(100)에서 배출한 배기가스에 포함된 수트를 포집하여 여과하고, 내부의 포집된 수트량에 따라 자동으로 재생 과정으로 거치게 된다. 이러한 재생 과정은 엔진(100)의 배기행정에 연료를 후분사하여 배기가스의 온도를 상승시킴으로써 촉매를 활성화시켜 수트의 산화를 돕거나 남아있는 입자상 물질을 태워 재로 만드는 과정이다.The
제1 산소 센서(140)는 GPF(130)의 전단에 배치되어 GPF(130)로 유입되는 배기가스의 산소 농도를 측정한다. 제1 산소 센서(140)는 측정한 산소 농도 정보를 제어기(170)에 제공한다.The
제2 산소 센서(145)는 GPF(130)의 후단에 배치되어 GPF(130)에서 배출되는 배기가스의 산소 농도를 측정한다. 제2 산소 센서(145)는 측정한 산소 농도 정보를 제어기(170)에 제공한다.The
데이터 검출기(160)는 차량의 운전 상태를 판단하기 위한 차량 상태 데이터를 측정하고, 상기 차량 상태 데이터를 제어기(170)에 전달한다. 차량 상태 데이터에는 브레이크 페달 위치 값, 가속페달 위치 값, 차속, 현재 계합된 변속단, 연료 분사량 및 연료 분사 시기 등을 포함할 수 있다. The data detector 160 measures vehicle state data for determining a driving state of the vehicle, and transmits the vehicle state data to the
제어기(170)는 제1 산소 센서(140)에서 측정한 산소 농도 정보 및 제2 산소 센서(145)에서 측정한 산소 농도 정보를 기초로 엔진(100)을 제어한다.The
제어기(170)는 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행한다.The
제어기(170)는 연료 차단 시, 제1 산소 센서(140) 및 제2 산소 센서(145)에서 측정한 산소 농도를 이용하여 GPF(130)에서 감소된 산소량을 계산하고, 감소된 산소량을 기반으로 수트 연소시 사용된 산소량을 계산하여 수트 연소량을 계산한다. 재생 후 수트 잔존량과 이전 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 현재 수트량을 계산한다. GPF 내의 현재 수트량이 설정량 이상이 되면 제어기(170)는 엔진(100)을 제어하여 GPF를 강제 재생시킨다.The
상기 설정 량은 시스템마다 다를 수 있으며, 일반적으로 GPF에 포집된 수트량이 3g/L 이상이면 자연 재생 시 GPF가 고온에 노출 될 수 있다.The set amount may vary from system to system, and in general, when the amount of soot collected in the GPF is 3 g / L or more, the GPF may be exposed to high temperatures during natural regeneration.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법을 나타낸 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of calculating the remaining amount of soot remaining in the GPF after soot reproduction according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 GPF(130)의 전단 및 후단 각각에 배치된 제1, 제2 산소 센서(140, 145)를 이용하여 GPF 전/후단의 산소 농도를 측정함으로써 시작된다(S200).Referring to FIG. 2, the method for calculating the remaining amount of the soot remaining in the GPF after soot regeneration according to an embodiment of the present invention may include first and
또한, 제어기(170)는 데이터 검출기(160)에서 검출된 차량 상태 데이터를 기초로 차량 운행 상태가 연료 차단 상태인지를 판단한다(S210). 연료 차단 상태를 판단하는 방법은 당업자에게 널리 알려져 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. In addition, the
S210 단계에서 차량 운행 상태가 연료 차단 상태가 아니면, S200 단계로 돌아가 GPF 전/후단의 산소 농도를 계속하여 측정한다. S210 단계에서 차량 운행 상태가 연료 차단 상태이면, 제어기(170)는 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 이상인지를 판단한다(S220). 비록 제1 산소 센서(140)의 측정값에 오차가 있다고 하더라도, 연료 차단 상태가 되어 대기 중의 산소가 GPF에 유입되는 경우 제1 산소 센서(140)가 측정한 GPF 전단의 산소 농도는 설정 값 이상이 된다. 만일 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 이상이면 GPF에 공급되는 산소 농도는 대기 중의 산소 농도와 같다고 가정한다. If the vehicle driving state is not the fuel cut state in step S210, go back to step S200 to continue measuring the oxygen concentration before / after the GPF. If the vehicle driving state is a fuel cutoff state at step S210, the
S220 단계에서 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 미만이면, 제어기(170)는 대기 중의 산소가 GPF에 공급되지 아니한다고 판단하고, S200 단계로 돌아가 GPF 전/후단의 산소 농도를 계속하여 측정한다. S220 단계에서 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 이상이면, 제어기(170)는 GPF에서 감소된 산소량을 계산한다(S230). If the oxygen concentration in front of the GPF is less than the set value in step S220, the
GPF에서 감소된 산소량을 계산하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. A brief description of how to calculate the reduced amount of oxygen in GPF follows.
앞에서 언급한 바와 같이, GPF에는 대기 중의 산소 농도(예를 들어, 20.6%)를 가진 공기가 공급된다고 가정한다. 제2 산소 센서(145)는 GPF 후단의 산소 농도를 측정하고 제어기(170)는 GPF에 공급된 산소 농도와 GPF 후단의 산소 농도를 이용하여 GPF 전/후단의 산소 농도 차이를 구하고, 배기유량에 상기 산소 농도 차이를 곱하여 GPF에서 감소된 산소량을 계산한다. As mentioned earlier, it is assumed that the GPF is supplied with air having an oxygen concentration in the atmosphere (eg 20.6%). The
그 후, 제어기(170)는 수트 연소시 사용된 산소량을 계산한다(S240). GPF에서 감소된 산소량은 수트 소모에 사용된 산소량과 GPF에 저장된 산소량을 포함한다. GPF에 저장된 산소량은 GPF에 포함된 산소 저장 물질의 양에 따라 달라지며, 이는 GPF의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어, 산소 저장 물질이 세륨인 경우, Ce2O3 + 1/2O2-> CeO2 반응에 의해 GPF에 공급된 산소 중 일부가 저장된다. 따라서, GPF에 저장된 산소량은 GPF에 포함된 Ce의 양에 따라 정해지거나 수트 없는 GPF에 산소를 공급하여 저장된 산소량을 직접 측정함으로써 계산될 수 있다. 일반적으로는 GPF의 산소 저장량은 0.5이상 2g 이하의 값을 가질 수 있으며, 이는 촉매의 종류 및 GPF의 열화도에 따라 정해질 수 있다. 따라서, 제어기(170)는 GPF에서 감소된 산소량에서 GPF에 저장된 산소량을 빼서 수트 연소 시 사용된 산소량을 구할 수 있다.Thereafter, the
그 후, 제어기(170)는 탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소가 만들어지는 반응식(C + O2 -> CO2 )과 상기 수트 연소시 사용된 산소량을 이용하여 수트 재생에 사용된 수트 연소량을 계산한다(S250).Then, the
예를 들어, 산소 소모량이 6.36 g이고 GPF의 촉매에 저장된 산소량이 1.07 g이라면, 수트 연소 시 사용된 산소 소모량은 6.36 g - 1.07 g 인 5.29 g 이다. 탄소의 산화 식을 이용하면 수트 연소량은 5.29*12/32 인 1.99g 이 된다.For example, if the oxygen consumption is 6.36 g and the amount of oxygen stored in the catalyst of the GPF is 1.07 g, then the oxygen consumption in the soot combustion is 5.29 g, which is 6.36 g-1.07 g. Using the oxidation formula of carbon, the soot combustion rate is 1.99 g, which is 5.29 * 12/32.
그 후, 제어기(170)는 수트 재생 전의 수트 포집량에서 S250 단계에서 구한 수트 연소량을 빼서 이전 재생 후 수트 잔존량을 구한다(S260). 수트 재생 전의 수트 포집량은 수트 재생 전 GPF의 온도, 수트 재생 전 공급되는 산소량, 수트 재생 전 배기가스의 유량을 맵 데이터에 입력하여 간접적으로 구할 수 있다. Thereafter, the
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPF 내에 있는 수트 재생을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling soot reproduction in a GPF according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPF 내에 있는 수트 재생을 제어하는 방법은 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 것에서 시작된다(S310). 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량은 S260 단계에서 구한 값으로 할 수 있다.Referring to FIG. 3, the method for controlling soot regeneration in a GPF according to an embodiment of the present invention begins by calculating the amount of soot remaining in the GPF after soot regeneration (S310). The soot remaining amount remaining in the GPF after soot regeneration may be a value obtained in step S260.
그 후, 제어기(170)는 수트 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 축적한다(S320). GPF에 포집되는 수트 포집량은 수트 재생 전 GPF의 온도, 수트 재생 전 공급되는 산소량, 수트 재생 전 배기가스의 유량을 맵 데이터에 입력하여 간접적으로 구할 수 있다.Thereafter, the
또한 제어기(170)는 S260 에서 구한 수트 재생 후 수트 잔존량에 수트 재생후수트 포집량을 합하여 GPF내의 수트량을 계산한다(S330).In addition, the
제어기(170)는 GPF내의 수트량이 설정량 초과인지 판단한다(S340). GPF내의 수트량이 설정량 미만이면 제어기(170)는 S320 단계로 돌아가 수트 재생 후 수트 포집량을 축적한다. S340 단계에서 GPF내의 수트량이 설정량 초과이면, 제어기(170)는 수트의 강제 재생을 실시한다(S350). The
상기 GPF내의 수트량의 설정량은 시스템에 따라 다르며, 일반적으로 GPF내에 수트량의 설정량은 3g/L 정도이다. The set amount of the soot amount in the GPF varies depending on the system, and in general, the set amount of the soot amount in the GPF is about 3 g / L.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
100: 엔진
103: 흡기 매니폴드
105: 연소실
107: 배기 매니폴드
109: 인젝터
110: 배기 파이프
120: 삼원 촉매(TWC)
130: 가솔린 여과 필터(GPF)
140: 제1 산소센서
145: 제2 산소센서100: engine
103: intake manifold
105: combustion chamber
107: exhaust manifold
109: injector
110: exhaust pipe
120: three-way catalyst (TWC)
130: gasoline filtration filter (GPF)
140: the first oxygen sensor
145: second oxygen sensor
Claims (9)
(b) 상기 감소된 산소량과 GPF 의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하는 단계;
(c) 재생 시 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하는 단계; 그리고
(d) 재생 전 수트 포집량과 상기 수트 연소량을 기초로 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;
를 포함하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.(a) calculating the amount of oxygen reduced as the exhaust gas passes through a Gasoline Particulate Filter (GPF);
(b) calculating the amount of oxygen used for soot combustion during regeneration according to the reduced amount of oxygen and the oxygen storage capacity of GPF;
(c) calculating the soot combustion amount based on the amount of oxygen used for the soot combustion during regeneration; And
(d) calculating the amount of soot remaining in the GPF based on the amount of soot collected prior to regeneration and the amount of soot burned;
How to calculate the remaining amount of the soot remaining in the GPF after the playback.
상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 연료 컷 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.The method of claim 1,
Step (a) to (d) is performed in the fuel cut state method for calculating the remaining soot remaining in the GPF after regeneration.
상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 연료 컷 상태에서 GPF 전단의 배기가스에 포함된 산소 농도가 설정 농도 이상인 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.The method of claim 2,
Steps (a) to (d) are performed when the oxygen concentration contained in the exhaust gas at the front end of the GPF in the fuel cut state is higher than or equal to the set concentration. How to calculate.
상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단에는 각각 제1, 2 산소센서가 장착되어 있고,
상기 (a) 단계는 상기 제1, 2 산소센서의 측정 값을 기초로 수행되는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
First and second oxygen sensors are mounted at the front and rear ends of the gasoline filtration filter, respectively.
The step (a) is performed based on the measured values of the first and second oxygen sensor, the method for calculating the remaining soot remaining in the GPF after regeneration.
상기 GPF 의 산소 저장 능력은 GPF 에 포함된 산소 저장 물질의 양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.The method of claim 1,
The oxygen storage capacity of the GPF is determined according to the amount of oxygen storage material contained in the GPF method for calculating the residual soot remaining in the GPF after regeneration.
상기 산소 저장 물질은 세륨계 물질인 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.The method of claim 5,
And the oxygen storage material is a cerium-based material.
수트 재생 후 GPF 에 포집되는 수트 포집량을 축적하는 단계;
상기 수트 잔존량과 상기 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 수트량을 계산하는 단계; 그리고
상기 GPF 내의 수트량이 설정량 이상이 되면 GPF 를 재생시키는 단계;
를 포함하며,
상기 수트 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계는 제1항의 방법에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는 GPF의 재생 방법.Calculating a soot remaining amount remaining in the GPF after soot regeneration;
Accumulating the amount of soot trapped in the GPF after soot regeneration;
Calculating a soot amount in GPF based on the soot remaining amount and the soot trapped amount; And
Regenerating a GPF when the soot amount in the GPF is equal to or greater than a set amount;
Including;
The method of claim 1, wherein calculating the remaining amount of the soot remaining in the GPF after the soot regeneration is calculated according to the method of claim 1.
상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기가스의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시켜주는 삼원 촉매(Three Way Catalyst: TWC);
상기 삼원 촉매의 후단 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF);
상기 GPF 의 전단 및 후단의 배기파이프에 각각 장착되어 있으며, 상기 GPF의 전단 및 후단에 유입되는 배기가스의 산소 농도를 측정하는 제1 및 제2 산소센서;
상기 GPF 를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기; 및
상기 차량 운행 데이터를 기반으로 연료 차단 상태인지 판단하고, 상기 제1 및 제2 산소 센서의 측정 값을 이용하여 GPF 에 잔존하는 수트 재생 후 수트 잔존량을 계산하고, 수트 재생 후 수트 잔존량과 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 수트량을 계산하며, 상기 GPF 내의 수트량이 설정량 이상이 되면 GPF 를 재생시키도록 하는 제어기;를 포함하는 GPF 의 재생 시스템.An engine that generates power by burning a mixture of fuel and air, and exhausts exhaust gas generated in the combustion process to the outside through an exhaust pipe;
A three way catalyst (TWC) mounted on the exhaust pipe to reduce carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides of the exhaust gas;
A gasoline filtration filter (GPF) mounted at the rear end of the three-way catalyst and collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the engine;
First and second oxygen sensors mounted on exhaust pipes at the front and rear ends of the GPF and measuring oxygen concentrations of the exhaust gas flowing into the front and rear ends of the GPF;
A data detector for detecting vehicle state data for controlling the GPF; And
Determining whether the fuel is cut off based on the vehicle driving data, calculating the remaining amount of soot after the soot regeneration remaining in the GPF using the measured values of the first and second oxygen sensors, and remaining the soot remaining after the soot regeneration. And a controller for calculating a soot amount in the GPF based on a soot trapping amount collected in the GPF, and regenerating the GPF when the soot amount in the GPF is equal to or greater than a set amount.
상기 제어기는
배기 가스가 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)를 지나가며 감소된 산소량을 계산하고,
상기 감소된 산소량과 GPF 의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하며,
재생 시 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하고,
재생 전 수트 포집량과 상기 수트 연소량을 기초로 상기 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 것을 특징으로 하는 GPF 의 재생 시스템.
The method of claim 8,
The controller
As the exhaust gas passes through the Gasoline Particulate Filter (GPF), it calculates the reduced amount of oxygen,
Calculating the amount of oxygen used for soot combustion during regeneration according to the reduced amount of oxygen and the oxygen storage capacity of the GPF,
The soot combustion amount is calculated based on the amount of oxygen used for the soot combustion during regeneration,
And a soot remaining amount remaining in the GPF after the regeneration based on the soot collection amount before the regeneration and the soot combustion amount.
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